Сущность кислородной резки

Под газопламенной резкой (чаще ее называют кислородной) понимают способ разделения металла по прямому или криволинейному контуру. Метод основан на использовании для нагрева смесь горючих газов с кислородом и экзотермической (с выделением тепла) реакции окисления металла. Суть кислородной резки заключается в сгорании железа в струе чистого кислорода, нагретом до температуры, близкой к плавлению. Для удаления оксидов железа из зоны реза используется кинетическая энергия режущего кислорода. Сам процесс резки включает в себя стадию подогрева металла ацетиленовым (или другим заменителем) пламенем и непосредственную резку струей режущего кислорода.

По характеру и направленности кислородной струи различают три основных вида резки: разделительная, при которой образуются сквозные резы, поверхностная, при которой снимают поверхностный слой металла, кислородное копье, заключающееся в прожигании в металле глубоких отверстий. Процесс кислородной резки представлен на рис.107.

Рис. 107 Кислородная резка: 1 -струя кислорода; 2-подогревающее пламя; 3-металл; 4-зона реза; 5-оксиды железа

Металл 3 нагревается в начальной точке реза до температуры воспламенения (в кислороде для стали до 1000 - 1200°С) подогревающим ацетилено-кислородным пламенем 2, после «его направляется струя режущего кислорода 1 и металл начинает гореть с выделением значительного количества тепла Реакции, протекающие в зоне реза, можно описать в следующем виде:

формула стр. 360

Выделяемое тепло Q вместе с пламенем резака разогревают нижние слои металла на всю его толщину. Роль подогревающего пламени в процессе резки меняется в зависимости от толщины разрезаемого металла. Так, при толщине металла до 5 мм подогревающее пламя занимает до 80% в общем количестве тепла, участвующего в процессе резки.
С увеличением толщины металла роль подогревающего пламени в балансе температур падает, и при толщине 50 мм и более доля подогревающего пламени падает до 10%. В результате взаимодействия расплавленного металла с кислородом образуются оксиды железа 5, которые вместе с расплавленным металлом удаляются из зоны реза кинетической энергией струи кислорода 1.

Для обеспечения стабильности процесса и нормальной резки металла необходимо, чтобы в зоне реза выполнялись следующие условия:

• мощность источника тепла должна быть достаточной для нагрева металла до температуры, при которой происходит реакция сгорания металла;
• количество тепла, выделяемое при сгорании металла в струе кислорода, должно обеспечивать непрерывность процесса;
• реакция окисления металла должна происходить при температуре меньшей, чем требуется для плавления;
• температура плавления металла должна быть выше температуры образовавшихся оксидов. В противном случае пленка тугоплавких оксидов изолирует металл от кислорода;
• текучесть образовавшихся оксидов должна быть такой, чтобы они легко выдувались струей режущего кислорода;
• теплопроводность металла не должна быть высокой, иначе процесс резки может прерваться из-за интенсивного теплообмена.

Далеко не все металлы обладают свойствами, удовлетворяющими все эти условия, поэтому кислородная резка для некоторых из них становится невозможной.
К примеру, большая теплопроводность меди не обеспечивает условий для нагрева до температуры реакции сгорания металла, что затрудняет начальный этап резки. Поэтому мощности газовых резаков недостаточно для разрезания меди, которую режут дуговой сваркой. Стали с большим содержанием хрома, магния и никеля, а также алюминий образуют тугоплавкую пленку оксидов, которая препятствует контакту металла с кислородом, что затрудняет кислородную резку.

Чугун, содержащий более 1,7% углерода, кислородной резкой не обрабатывается. Это. объясняется тем, что температура плавления чугуна ниже температуры плавления образующихся оксидов, поэтому металл удаляется из зоны реза без характерного окисления. Кроме того, образующиеся при нагреве оксиды имеют низкую текучесть и с трудом удаляются струей кислорода.

Лучше всего подходит для кислородной резки углеродистая сталь, которая удовлетворяет всем условиям, необходимым для поддержания непрерывности процесса. Влияние примесей в стали на процесс кислородной резки отражено таблице 52.

Таблица 52. Влияние примесей стали на процесс кислородной резки

Элемент	Влияние на процесс резки
Углерод	При содержании до 0, 4% процесс резки не гсудаается, при более высоком содержании ухудшается, а при содержании 1-1,25%- становится невозможным
Марганец	Содержание до 0,4% на процесс резки заметно не ыгаяет. При более высоком содержании процесс резки затрудняется, а при 14% становится
Кремний	Содержание в количестве, обычном для сталей отрицательного влияния на процесс резки не оказывает. При повышенном содержании процесс усложняется, а при содержании более 4% -становиться невозможным
Фосфор и сера	В обычных количествах отрицательного влияния не оказывает
Хром	Содержание до 4-5% отрицательного влияния на процесс резки не оказывает. При большем Содержании процесс резки становится невозможным и требует применения флюса.
Никель	Содержание до 7-8% отрицательного влияния на процесс резки не оказывает. С увеличением содержания процесс резки услажняется.
Молибден	Содержание до 0,25% отрицательного влияния на процесс резки не оказьвает.
Вольфрам	Содержание до 10% отрицательного влияния на Процесс резки не оказывает. При более вьсоком содержании процесс резки затрудняется, а при 20%
Ванадий	В обычных количествах отрицательного влияния не оказывает
Медь	Содержание до 0,7% влияния на процесс резки не оказывает
Алюминий	Содержание до 0,5 % влияния на процесс резки не оказавает